БЈТ, ЦМОС, ДМОС и друге полупроводничке процесне технологије

Добродошли на нашу веб страницу за информације о производима и консултације.

Наш сајт:хттпс://ввв.вет-цхина.цом/

 

Како производни процеси полупроводника настављају да праве пробоје, чувена изјава под називом „Муров закон“ кружи у индустрији. Предложио га је Гордон Мур, један од оснивача Интела, 1965. Његов основни садржај је: број транзистора који се могу сместити у интегрисано коло ће се удвостручити отприлике сваких 18 до 24 месеца. Овај закон није само анализа и предвиђање тренда развоја индустрије, већ и покретачка снага за развој процеса производње полупроводника - све је да се направе транзистори мање величине и стабилних перформанси. Од 1950-их до данас, око 70 година, развијене су укупно БЈТ, МОСФЕТ, ЦМОС, ДМОС и хибридне БиЦМОС и БЦД процесне технологије.

 

1. БЈТ

Биполарни спојни транзистор (БЈТ), обично познат као триода. Проток наелектрисања у транзистору је углавном због дифузије и кретања носилаца на ПН споју. Пошто укључује проток електрона и рупа, назива се биполарни уређај.

Осврћући се на историју његовог рођења. Због идеје да се вакуумске триоде замене чврстим појачивачима, Шокли је предложио да се спроведу основна истраживања полупроводника у лето 1945. У другој половини 1945. Белл Лабс је основао истраживачку групу за физику чврстог стања на челу са Шоклијем. У овој групи нису само физичари, већ и инжењери и хемичари, укључујући Бардина, теоријског физичара, и Братејна, експерименталног физичара. У децембру 1947. године, догађај који су касније генерације сматрале прекретницом догодио се бриљантно - Бардин и Братејн су успешно измислили први германијумски транзистор са тачкастим контактом на свету са струјним појачањем.

Бардеен и Браттаин-ов први транзистор са тачкастим контактом

Убрзо након тога, Шокли је 1948. изумео транзистор биполарног споја. Предложио је да транзистор може бити састављен од два пн споја, од којих је један пристрасан унапред, а други обрнуто, и добио патент у јуну 1948. године. 1949. је објавио детаљну теорију рада спојног транзистора. Више од две године касније, научници и инжењери у Белл Лабс-у развили су процес за постизање масовне производње спојних транзистора (прекретница 1951. године), отварајући нову еру електронске технологије. У знак признања за њихов допринос проналаску транзистора, Шокли, Бардин и Братен су заједно добили Нобелову награду за физику 1956. године.

Једноставан структурни дијаграм НПН биполарног спојног транзистора

Што се тиче структуре транзистора биполарног споја, уобичајени БЈТ су НПН и ПНП. Детаљна унутрашња структура је приказана на слици испод. Област полупроводника нечистоће која одговара емитеру је област емитера, која има високу концентрацију допинга; област полупроводника нечистоће која одговара бази је базна област, која има веома танку ширину и веома ниску концентрацију допинга; област полупроводника нечистоће која одговара колектору је област колектора, која има велику површину и веома ниску концентрацију допинга.

Предности БЈТ технологије су велика брзина одзива, висока транскондуктивност (промене улазног напона одговарају великим променама излазне струје), ниска бука, висока аналогна тачност и способност покретања јаке струје; недостаци су ниска интеграција (вертикална дубина се не може смањити бочном величином) и велика потрошња енергије.

 

2. МОС

Транзистор са ефектом поља метал-оксидног полупроводника (Метал Окиде Семицондуцтор ФЕТ), односно транзистор са ефектом поља који контролише прекидач полупроводничког (С) проводног канала применом напона на капију металног слоја (М-метални алуминијум) и извор кроз оксидни слој (О-изолациони слој СиО2) да генерише ефекат електричног поља. Пошто су капија и извор, и капија и дрејн изоловани изолационим слојем СиО2, МОСФЕТ се такође назива транзистор са ефектом поља изолованих капија. Године 1962. Белл Лабс је званично објавио успешан развој, који је постао једна од најважнијих прекретница у историји развоја полупроводника и директно је поставио техничке основе за појаву полупроводничке меморије.

МОСФЕТ се може поделити на П канал и Н канал према типу проводног канала. Према амплитуди напона на гејту, може се поделити на: тип деплеције - када је напон на гејту нула, између дрена и извора постоји проводни канал; тип побољшања – за Н (П) каналне уређаје, проводни канал постоји само када је напон на капији већи од (мањи од) нуле, а МОСФЕТ снаге је углавном Н каналног типа побољшања.

Главне разлике између МОС-а и триоде укључују, али нису ограничене на следеће тачке:

-Триоде су биполарни уређаји јер у проводљивости истовремено учествују и већински и мањински носиоци; док МОС проводи струју само кроз већинске носиоце у полупроводницима, а назива се и униполарни транзистор.
-Триоде су струјно контролисани уређаји са релативно великом потрошњом енергије; док су МОСФЕТ уређаји контролисани напоном са малом потрошњом енергије.
-Триоде имају велики отпор на укључење, док МОС цеви имају мали отпор на укључење, само неколико стотина милиома. У тренутним електричним уређајима, МОС цеви се генерално користе као прекидачи, углавном зато што је ефикасност МОС-а релативно висока у поређењу са триодама.
-Триоде имају релативно повољну цену, а МОС цеви су релативно скупе.
-У данашње време, МОС цеви се користе за замену триода у већини сценарија. Само у неким сценаријима мале снаге или енергије неосетљивим, користићемо триоде с обзиром на предност у цени.

3. ЦМОС

Комплементарни метал-оксидни полупроводник: ЦМОС технологија користи комплементарне полупроводничке транзистори од металног оксида (МОСФЕТ) п-типа и н-типа за прављење електронских уређаја и логичких кола. Следећа слика приказује уобичајени ЦМОС претварач, који се користи за конверзију "1→0" или "0→1".

Следећа слика је типичан ЦМОС пресек. Лева страна је НМС, а десна ПМОС. Г полови два МОС-а су повезани заједно као заједнички улаз гејта, а Д полови су повезани заједно као заједнички излаз за одвод. ВДД је повезан са извором ПМОС-а, а ВСС је повезан са извором НМОС-а.

Године 1963. Ванлас и Сах из Фаирцхилд Семицондуцтор-а изумили су ЦМОС коло. Године 1968. Америчка радио корпорација (РЦА) развила је први производ ЦМОС интегрисаног кола и од тада је ЦМОС коло постигло велики развој. Његове предности су ниска потрошња енергије и висока интеграција (СТИ/ЛОЦОС процес може додатно побољшати интеграцију); његов недостатак је постојање ефекта закључавања (реверзна пристрасност ПН споја се користи као изолација између МОС цеви, а сметње могу лако да формирају побољшану петљу и спале коло).

 

4. ДМОС

Двоструко дифузни полупроводник од металног оксида: Слично структури обичних МОСФЕТ уређаја, такође има извор, одвод, капију и друге електроде, али је напон пробоја на крају одвода висок. Користи се процес двоструке дифузије.

Слика испод приказује попречни пресек стандардног Н-каналног ДМОС-а. Овај тип ДМОС уређаја се обично користи у апликацијама за пребацивање на ниској страни, где је извор МОСФЕТ-а повезан са земљом. Поред тога, постоји П-канални ДМОС. Овај тип ДМОС уређаја се обично користи у апликацијама за пребацивање на високој страни, где је извор МОСФЕТ-а повезан на позитиван напон. Слично ЦМОС-у, комплементарни ДМОС уређаји користе Н-каналне и П-каналне МОСФЕТ-ове на истом чипу да обезбеде комплементарне функције пребацивања.

У зависности од правца канала, ДМОС се може поделити на два типа, а то су вертикални транзистор са ефектом поља са двоструко дифузним метал-оксидним полупроводничким ефектом ВДМОС (Вертицал Доубле-Диффусед МОСФЕТ) и бочни двоструко дифузни метал оксид полупроводнички транзистор са ефектом поља ЛДМОС (Латерал Доубле -Дифузни МОСФЕТ).

ВДМОС уређаји су дизајнирани са вертикалним каналом. У поређењу са бочним ДМОС уређајима, они имају већи напон квара и могућности управљања струјом, али је отпор на укључење и даље релативно велик.

ЛДМОС уређаји су дизајнирани са бочним каналом и представљају асиметричне МОСФЕТ уређаје. У поређењу са вертикалним ДМОС уређајима, они омогућавају мањи отпор на укључење и веће брзине пребацивања.

У поређењу са традиционалним МОСФЕТ-овима, ДМОС има већи капацитет укључивања и мањи отпор, тако да се широко користи у електронским уређајима велике снаге као што су прекидачи за напајање, електрични алати и погони електричних возила.

 

5. БиЦМОС

Биполарни ЦМОС је технологија која интегрише ЦМОС и биполарне уређаје на истом чипу у исто време. Његова основна идеја је да користи ЦМОС уређаје као коло главне јединице и дода биполарне уређаје или кола где су потребна велика капацитивна оптерећења. Стога, БиЦМОС кола имају предности високе интеграције и ниске потрошње енергије ЦМОС кола, као и предности велике брзине и јаких струјних могућности БЈТ кола.

СТМицроелецтроницс-ова БиЦМОС СиГе (силицијум германијум) технологија интегрише РФ, аналогне и дигиталне делове на једном чипу, што може значајно да смањи број спољних компоненти и оптимизује потрошњу енергије.

 

6. БЦД

Биполар-ЦМОС-ДМОС, ова технологија може да направи биполарне, ЦМОС и ДМОС уређаје на истом чипу, названом БЦД процес, који је први успешно развио СТМицроелецтроницс (СТ) 1986. године.

Биполарни је погодан за аналогна кола, ЦМОС је погодан за дигитална и логичка кола, а ДМОС је погодан за енергетске и високонапонске уређаје. БЦД комбинује предности ова три. Након сталног побољшања, БЦД се широко користи у производима у областима управљања напајањем, аквизиције аналогних података и енергетских актуатора. Према званичном сајту СТ-а, зрели процес за БЦД је још увек око 100 нм, 90 нм је још увек у дизајну прототипа, а 40 нм БЦД технологија припада његовим производима следеће генерације у развоју.